張國(guó)華

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)四川有限公司，四川 610041）

基于數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的IP設(shè)備智能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

張國(guó)華

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)四川有限公司，四川 610041）

隨著4G技術(shù)與業(yè)務(wù)的發(fā)展，運(yùn)營(yíng)商所有重要的業(yè)務(wù)均通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)承載，IP網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越來(lái)越大。IP專業(yè)的維護(hù)工程師急需一套能夠適用于所有廠家的工具，使維護(hù)人員能夠避免熟悉每套指令系統(tǒng)和大量的查閱工作，提高工作效率?；跀?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的通用IP設(shè)備智能管理系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠大幅提高IP設(shè)備維護(hù)人員工作效率10倍以上。

數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)；切換引擎；配置文件

1 引言

隨著4G技術(shù)與業(yè)務(wù)的發(fā)展，運(yùn)營(yíng)商所有重要的業(yè)務(wù)均通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)承載，IP網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越來(lái)越大，設(shè)備越來(lái)越多，維護(hù)任務(wù)成幾何倍數(shù)增長(zhǎng)。同時(shí)，IP專業(yè)的維護(hù)工程師還面臨著維護(hù)設(shè)備類型多、維護(hù)的設(shè)備廠商數(shù)量多、技能要求高、配置方法差異大等諸多困難。因此，IP專業(yè)的維護(hù)工程師急需一套能夠適用于所有廠家的工具，使維護(hù)人員能夠避免熟悉每套指令系統(tǒng)和大量的查閱工作，提高工作效率。基于數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的通用IP設(shè)備智能管理系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠大幅提高IP設(shè)備維護(hù)人員工作效率10倍以上，實(shí)現(xiàn)故障的快速定位，從而達(dá)到提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，降低客戶業(yè)務(wù)投訴的效果，全面提升客戶滿意度，彰顯社會(huì)責(zé)任。

2 IP網(wǎng)絡(luò)智能管理系統(tǒng)的可行性分析

2.1IP運(yùn)維管理現(xiàn)狀及面臨的問(wèn)題

目前行業(yè)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商在大量使用IP網(wǎng)絡(luò)承載業(yè)務(wù)，以中國(guó)移動(dòng)公司為例，許多重要的業(yè)務(wù)均通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)承載，IP網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越來(lái)越大，IP設(shè)備越來(lái)越多，維護(hù)任務(wù)成幾何倍數(shù)增長(zhǎng)，但維護(hù)人員數(shù)量卻無(wú)明顯增加。同時(shí)，IP專業(yè)的維護(hù)工程師還面臨著以下困難：

維護(hù)設(shè)備類型多：IP專業(yè)需要維護(hù)路由器、交換機(jī)、防火墻、BRAS、PTN設(shè)備等不同類型設(shè)備；

維護(hù)的設(shè)備廠商多：設(shè)備廠商不僅包括華為、思科、Juniper、阿爾卡特、愛(ài)立信等主流廠家，也可能是H3C、銳捷、邁普、迪普等；

技能要求高：MPLS VPN、流量工程等部分高級(jí)功能配置需要通過(guò)高級(jí)培訓(xùn)才能掌握；

配置方法差異大：配置方法的差異不僅體現(xiàn)先不同設(shè)備廠商之間，同一廠商不同軟件版本都有可能存在較大差異。

2.2IP智能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的必要性

通過(guò)自主研發(fā)一套IP設(shè)備智能管理系統(tǒng)，維護(hù)人員通過(guò)該系統(tǒng)維護(hù)納管的IP設(shè)備；IP設(shè)備需對(duì)服務(wù)器開(kāi)放SNMP協(xié)議的讀/寫功能，服務(wù)器通過(guò)SNMP協(xié)議采集設(shè)備信息，下發(fā)用戶的指令，收集執(zhí)行結(jié)果，通過(guò)篩選、過(guò)濾和存儲(chǔ)，并反饋給維護(hù)人員所使用的客戶端；服務(wù)器的存儲(chǔ)使用支持大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，并且根據(jù)設(shè)備廠商、設(shè)備型號(hào)和軟件版本存儲(chǔ)不同的配置指令集合，用戶切換管理設(shè)備時(shí)，圖形界面基本保持不變，菜單所對(duì)應(yīng)的指令由指令切換引擎自動(dòng)切換，實(shí)現(xiàn)維護(hù)用一套菜單系統(tǒng)維護(hù)所有IP設(shè)備。

建議一套IP設(shè)備智能管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：（1）通用性：用戶可以方便地使用圖形化界面操作，完成設(shè)備的配置，不需要再考慮不同廠商之間或不同軟件版本之間的指令的差異；（2）兼容性：IP設(shè)備管理系統(tǒng)所管理的設(shè)備即使出現(xiàn)設(shè)備更換或者軟件升級(jí)的情況，雖然配置指令改變，但平臺(tái)無(wú)需再進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)；（3）擴(kuò)展性：IP專業(yè)工程師可以根據(jù)需要對(duì)IP設(shè)備管理平臺(tái)的功能模塊進(jìn)行添加、刪除或變更，對(duì)于常用的功能進(jìn)行個(gè)性化定制；（4）易用性：IP專家可以根據(jù)維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于具有一定難度的特定配置任務(wù)定義配置向?qū)В咕S護(hù)人員使用配置向?qū)лp松地完成配置任務(wù)。

社會(huì)效益：基于數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的通用IP設(shè)備智能管理系統(tǒng)的的應(yīng)用，能夠大幅提高IP設(shè)備維護(hù)人員工作效率10倍以上，實(shí)現(xiàn)故障的快速定位；從而達(dá)到提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，降低客戶業(yè)務(wù)投訴的效果，全面提升客戶滿意度，彰顯社會(huì)責(zé)任。

經(jīng)濟(jì)效益：（1）減少疑難故障歷時(shí)：以中國(guó)移動(dòng)四川公司IP承載網(wǎng)CE設(shè)備為例，如果按照每個(gè)端局30萬(wàn)用戶計(jì)算，每減少1h故障歷時(shí)，就可挽回話務(wù)損失100萬(wàn)以上；

（2）節(jié)約人力資源成本：如果按照每個(gè)地市每年一個(gè)廠商2名高培名額計(jì)算，每個(gè)名額45萬(wàn)（行業(yè)內(nèi)平均采購(gòu)價(jià)），四川省每年可以節(jié)約培訓(xùn)費(fèi)用為21×2×45=1 890萬(wàn)元。

3 IP智能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

3.1IP智能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

通過(guò)自主研發(fā)一套IP設(shè)備智能管理系統(tǒng)，維護(hù)人員通過(guò)該系統(tǒng)維護(hù)納管的IP設(shè)備；IP設(shè)備需對(duì)服務(wù)器開(kāi)放SNMP協(xié)議的讀/寫功能，服務(wù)器通過(guò)SNMP協(xié)議采集設(shè)備信息，下發(fā)用戶的指令，收集執(zhí)行結(jié)果，通過(guò)篩選、過(guò)濾和存儲(chǔ)，并反饋給維護(hù)人員所使用的客戶端；服務(wù)器的存儲(chǔ)使用支持大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，并且根據(jù)設(shè)備廠商、設(shè)備型號(hào)和軟件版本存儲(chǔ)不同的配置指令集合，用戶切換管理設(shè)備時(shí)，圖形界面基本保持不變，菜單所對(duì)應(yīng)的指令由指令切換引擎自動(dòng)切換，實(shí)現(xiàn)維護(hù)用一套菜單系統(tǒng)維護(hù)所有IP設(shè)備。

圖1　IP智能管理系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)圖

解決方案如圖1所示。

該系統(tǒng)的應(yīng)用，大幅提升維護(hù)工程師的工作效率，提升業(yè)務(wù)及維護(hù)處理能力，提升投訴響應(yīng)與客戶感知，保障公司網(wǎng)絡(luò)及市場(chǎng)戰(zhàn)略投資。

3.2IP智能管理系統(tǒng)架構(gòu)圖解

如圖2所示，該系統(tǒng)共預(yù)定義了包括：設(shè)備概覽、配置向?qū)?、設(shè)備管理、網(wǎng)絡(luò)管理、資源管理、用戶管理、防火墻、攻擊防范、應(yīng)用控制、VPN、高可靠性、日志管理等12個(gè)模塊。

圖2　IP智能管理系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)圖

3.3IP智能管理系統(tǒng)架構(gòu)模塊

3.3.1設(shè)備概覽

設(shè)備概覽模塊可以幫助用戶了解設(shè)備的狀態(tài)和概要信息，具體包括以下幾方面內(nèi)容：

* 查看設(shè)備信息；

* 查看系統(tǒng)資源狀態(tài)；* 查看設(shè)備接口信息；* 查看近期發(fā)生的系統(tǒng)日志（顯示最近發(fā)生的5條系統(tǒng)日志）。

3.3.2配置向?qū)?/p>

該模塊除了默認(rèn)的基本配置向?qū)?，還可以根據(jù)用戶需要，對(duì)不易掌握和經(jīng)常使用的配置工作定制配置向?qū)?，指?dǎo)維護(hù)工程師完成配置工作。

設(shè)備的基本配置包括：配置設(shè)備名稱、用戶登錄的密碼、服務(wù)管理、接口的IP地址、NAT（Net Address Translation，網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換）以及安全域等。

3.3.3設(shè)備管理

通過(guò)設(shè)備管理功能，用戶能夠查看設(shè)備當(dāng)前的工作狀態(tài)，配置設(shè)備運(yùn)行的相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的日常維護(hù)和管理。設(shè)備管理主要提供重啟設(shè)備、定時(shí)重啟設(shè)備、配置單板的溫度告警門限等功能。

3.3.4資源管理

通過(guò)資源管理功能，用戶可以查詢?cè)O(shè)備IP地址、VLAN ID、端口、板卡、槽位等資源統(tǒng)計(jì)信息和使用情況，為維護(hù)人員配置數(shù)據(jù)提供依據(jù)。

3.3.5網(wǎng)絡(luò)管理

該模塊包括接口配置、VLAN配置、MAC地址表配置、生成樹(shù)配置、DHCP配置、DNS配置、ARP配置、三層轉(zhuǎn)發(fā)配置、QoS配置、IP路由配置、策略路由配置、多播配置和SSL配置等13部分。

（1）接口配置：在導(dǎo)航欄中選擇“網(wǎng)絡(luò)管理＞接口管理”頁(yè)面上顯示接口的名稱、IP地址/掩碼和狀態(tài)信息。用戶可以新建、刪除、編輯接口，也可以開(kāi)啟或關(guān)閉接口。

（2）VLAN配置：基于端口劃分VLAN是VLAN最簡(jiǎn)單、最有效的劃分方法。它按照設(shè)備端口來(lái)定義VLAN成員，將指定端口加入到指定VLAN中之后，端口就可以轉(zhuǎn)發(fā)指定VLAN的報(bào)文。

（3）MAC地址表配置：為了轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文，設(shè)備需要維護(hù)MAC地址表。MAC地址表的表項(xiàng)包含了與該設(shè)備相連的設(shè)備的MAC地址、與此設(shè)備相連的設(shè)備的接口號(hào)以及所屬的VLAN ID。MAC地址表中的表項(xiàng)包括靜態(tài)表項(xiàng)和動(dòng)態(tài)表項(xiàng)，其中靜態(tài)表項(xiàng)是由用戶配置的；動(dòng)態(tài)表項(xiàng)包括用戶配置的以及設(shè)備學(xué)習(xí)得來(lái)的。靜態(tài)表項(xiàng)不會(huì)被老化掉，而動(dòng)態(tài)表項(xiàng)會(huì)被老化掉。

（4）生成樹(shù)配置：生成樹(shù)協(xié)議是一種二層管理協(xié)議，它通過(guò)選擇性地阻塞網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路來(lái)消除二層環(huán)路，同時(shí)還具備鏈路備份的功能。

（5）DHCP配置：DHCP采用客戶端/服務(wù)器通信模式，由客戶端向服務(wù)器提出配置申請(qǐng)，服務(wù)器返回為客戶端分配的IP地址等相應(yīng)的配置信息，以實(shí)現(xiàn)IP地址等信息的動(dòng)態(tài)配置。

（6）DNS配置：域名解析分為靜態(tài)域名解析和動(dòng)態(tài)域名解析，二者可以配合使用。在解析域名時(shí)，首先采用靜態(tài)域名解析（查找靜態(tài)域名解析表），如果靜態(tài)域名解析不成功，再采用動(dòng)態(tài)域名解析。由于動(dòng)態(tài)域名解析可能會(huì)花費(fèi)一定的時(shí)間，且需要域名服務(wù)器的配合，因而可以將一些常用的域名放入靜態(tài)域名解析表中，這樣可以大大提高域名解析效率。

（7）ARP配置： ARP表項(xiàng)分為動(dòng)態(tài)ARP表項(xiàng)和靜態(tài)ARP表項(xiàng)。動(dòng)態(tài)ARP表項(xiàng)由ARP協(xié)議通過(guò)ARP報(bào)文自動(dòng)生成和維護(hù)，可以被老化，可以被新的ARP報(bào)文更新，可以被靜態(tài)ARP表項(xiàng)覆蓋，當(dāng)?shù)竭_(dá)老化時(shí)間、接口DOWN時(shí)會(huì)刪除相應(yīng)的動(dòng)態(tài)ARP表項(xiàng)；靜態(tài)ARP表項(xiàng)通過(guò)手工配置和維護(hù)，不會(huì)被老化，不會(huì)被動(dòng)態(tài)ARP表項(xiàng)覆蓋。

（8）三層轉(zhuǎn)發(fā)配置：三層轉(zhuǎn)發(fā)包括了三層子接口轉(zhuǎn)發(fā)和跨VLAN三層轉(zhuǎn)發(fā)。三成設(shè)備接收到報(bào)文后，檢查報(bào)文所帶的TAG，若匹配某一子接口的PVID，則將該報(bào)文去掉二層頭后交給該子接口處理；跨VLAN三層轉(zhuǎn)發(fā)需在兩個(gè)設(shè)備間配置TRUNK，允許2個(gè)不同的VLAN通過(guò)。

（9）QoS配置：該功能通過(guò)配置類、配置流行為、配置策略、應(yīng)用策略到接口等4個(gè)不走來(lái)完成。

（10） IP路由配置：該模塊可完成靜態(tài)、RIP、OSPF、ISIS、BGP等常用的路由協(xié)議的配置。

（11）策略路由配置：策略路由可以分為本地策略路由和接口策略路由。

（12）多播配置：該模塊可完成IGMP、PIM和MSDP的相關(guān)配置內(nèi)容。

（13）SSL配置：該模塊可完成PKI域的和SSL策略的配置。

3.3.6用戶管理

該模塊可以實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建、變更、刪除本地用戶，給用戶分配權(quán)限；控制用戶可以使用的登錄方式；查詢?cè)诰€用戶等功能。

3.3.7防火墻

該模塊主要定義了防火墻的功能，其實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容包括：ACL配置、安全域配置、服務(wù)管理配置、地址資源配置、服務(wù)資源配置、時(shí)間段資源配置、域間策略配置、會(huì)話管理配置、連接限制配置、Portal配置、AAA配置等。

3.3.8攻擊防范

該模塊包括：黑名單配置、報(bào)文異常檢測(cè)、流量異常檢測(cè)、URPF配置、TCP Proxy配置、IDS聯(lián)動(dòng)配置、入侵檢測(cè)統(tǒng)計(jì)、ARP攻擊防御配置、Web過(guò)濾配置等。

3.3.9應(yīng)用控制

該模塊包括：系統(tǒng)維護(hù)和調(diào)試配置、IP性能優(yōu)化配置、文件系統(tǒng)管理、軟件升級(jí)配置、信息中心配置、日志管理配置、NTP配置、RMON配置、SNMP配置、Rsh配置、SSH配置等。

3.3.10VPN

該模塊包括：GRE配置、IKE配置、IPSec配置、L2TP配置、公鑰管理及PKI配置、MPLS二層VPN配置、MPLS三層VPN配置。

3.3.11高可靠性

該模塊包括：VRRP配置、HSRP配置、雙機(jī)熱備配置、接口組聯(lián)動(dòng)配置、Track配置、NQA配置、鏈路聚合配置等。

3.3.12日志管理

該模塊包括Syslog日志、Userlog日志、會(huì)話日志、日志報(bào)表等內(nèi)容，根據(jù)用戶設(shè)置可以將日志輸出到維護(hù)終端，以便用戶查看；同時(shí)，還可以根據(jù)用戶的配置，將日志信息輸出到IP設(shè)備智能管理系統(tǒng)或者指定的主機(jī)。

4 應(yīng)用效果

IP設(shè)備智能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和研制過(guò)程中，堅(jiān)持科學(xué)性、可擴(kuò)展性、易用性、可推廣性等設(shè)計(jì)原則，在中國(guó)移動(dòng)四川公司各分公司進(jìn)行了推廣應(yīng)用，并取得了顯著效果。

效果1：IP設(shè)備管理系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備廠商、設(shè)備型號(hào)、軟件版本三層結(jié)構(gòu)確定設(shè)備所使用的指令集，構(gòu)建數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，用戶通過(guò)IP設(shè)備管理系統(tǒng)管理不同設(shè)備時(shí)，圖形化界面雖然沒(méi)有發(fā)生變化，但是菜單對(duì)應(yīng)的內(nèi)部指令集會(huì)通過(guò)切換引擎實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換，使用戶使用一套圖形化界面就可以管理所有設(shè)備，在設(shè)備更換或軟件升級(jí)時(shí)無(wú)需對(duì)IP設(shè)備管理平臺(tái)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。

效果2：用戶可以根據(jù)需要添加、刪除、編輯菜單內(nèi)容，并且對(duì)菜單內(nèi)容所對(duì)應(yīng)的指令和參數(shù)進(jìn)行定義；菜單所發(fā)出的指令由服務(wù)器通過(guò)SNMP協(xié)議向設(shè)備下發(fā)，服務(wù)器根據(jù)用戶定義的回顯內(nèi)容范圍呈現(xiàn)結(jié)果。

效果3：IP專家可以為經(jīng)常使用或者相對(duì)固定的配置任務(wù)定制配置向?qū)?，用戶只需根?jù)向?qū)崾緦?shù)添加到相應(yīng)文本框中，逐步完成配置任務(wù)；這樣，一名初級(jí)IP設(shè)備維護(hù)工程師就可以完成需經(jīng)過(guò)高級(jí)培訓(xùn)才能完成的配置工作。

效果4：圖形化界面配置使工程師的工作變得簡(jiǎn)單快捷，但實(shí)際工作中仍有很多需要執(zhí)行指令的特殊需求，IP設(shè)備管理系統(tǒng)根據(jù)用戶所選取的設(shè)備，通過(guò)指令引擎調(diào)取相應(yīng)的指令集，用戶可以方便地查詢、執(zhí)行指令，即時(shí)看到執(zhí)行結(jié)果，還可以查詢執(zhí)行過(guò)的歷史記錄。

IP設(shè)備智能管理系統(tǒng)的應(yīng)用大幅提升了維護(hù)工程師的工作效率，新入網(wǎng)一臺(tái)IP設(shè)備完成相關(guān)的配置工作由以前的平均耗時(shí)120 min縮短到10 min；診斷故障所需要做的流統(tǒng)工作由以前的平均耗時(shí)20 min縮短到2 min；工作效率提升了10倍以上。

IP設(shè)備智能管理系統(tǒng)為業(yè)界首創(chuàng)，可以管理所有開(kāi)發(fā)了SNMP協(xié)議讀寫功能的IP設(shè)備，解決了維護(hù)人員無(wú)法掌握多個(gè)廠家設(shè)備配置的問(wèn)題。

［1］ 張海藩. 軟件工程導(dǎo)論［M］. 北京： 清華大學(xué)出版社， 2003.

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［3］ Craig Larman. UML和模式應(yīng)用（第2版）［M］. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

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［7］ 汪文元， 沙基昌， 譚東風(fēng). 基于Petri網(wǎng)和UML活動(dòng)圖工作流建模比較［J］. 系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)， 2006.

Design of IP device intelligent management systemwhich based on the data warehouse

ZHANG Guo-hua
（China Mobile Group Sichuan Co.， Ltd.， Chengdu 610041， China）

With the development of 4G technology and business，all the important operations of the operators are carried through the IP network， the size of IP network is getting bigger and bigger and there are more and more devices，maintenance task into a geometric multiple growth. Using ofIP device intelligent management systemcan greatly improve the staff productivity more than 10 times for the maintenance engineers.

data warehouse； the engine switch； the confi guration fi le

TN915

A

1008-5599（2016）09-0024-05

2016-08-25

* 中國(guó)移動(dòng)集團(tuán)級(jí)一類科技創(chuàng)新成果，原成果名稱為《基于數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的通用IP設(shè)備智能管理系統(tǒng)》。